Лаборатория биохимической генетики

Заведующий лабораторией

Соколов Алексей Викторович,
доктор биологических наук

e-mail: sokolov.av@iemspb.ru

Эмблема лаборатории сгенерирована нейросетью Kandinsky 2.1 (www.sberbank.com/promo/kandinsky) по текстовому запросу «учёный генетик химичит» (2023 г.)

Фотогалерея к разделу история Лаборатории биохимической генетики
Соломон Абрамович Нейфах (20.08.1909 – 27.02.1992), член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук

 
Гайцхоки Владимир Соломонович (24.12.1931 – 07.04.2000), член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук. Фото 1972 г. после защиты диссертации

 
Лаборатория биохимической генетики (конец 1960-х гг.)

Слева направо стоят: ?, Монахов Н.К., Казакова Т.Б., Гайцхоки В.С., Репин В.С., Здродовская Е.П.

Слева направо сидят: Мельникова М.П., Нейфах С.А., Муха Г.В.
Двулучевая спектроскопия (1970-е гг.): Захарова Е.Т. и Гайцхоки В.С.
Голубков Валерий Иванович (29.10.1940 – 05.12.2007), кандидат медицинских наук (начало 2000х)
Работа с культурами клеток человека (2015 г.):

к.б.н. Грудинина Н.А.
Исследование распределения белков BASP1 и GAP-43 в опухолевых клеточных линиях HeLa, HEK293T и MOVCAR7 (2015 г.): к.б.н. Захарова Ф.М. и студентка СПбГУ Ганьжина А.Д. (кафедра эмбриологии)
Приготовление агарозных гелей для электрофореза ДНК (2023 г.): н.с. Дергачева Н.И.
Процесс экстракции ДНК E.coli  (2015 г.):

к.б.н. Грудинина Н.А. и к.м.н. Поляков Д.С.
Заведующий Лабораторией д.б.н. Соколов А.В. за работой на анализаторе межмолекулярных взаимодействий на эффекте поверхностного плазмонного резонанса Biacore X-100 (2020 г.)
В лаборатории (2020 г.). Слева направо: н.с. Горбунов Н.П., зав. Лаб., д.б.н. Соколов А.В., с.н.с., к.б.н. Костевич В.А. и н.с. Елизарова А.Ю.

История лаборатории

В 1956 г. в стенах ИЭМ, а именно в Отделе биохимии, выдающийся биохимик XX в., член-корреспондент АМН СССР Соломон Абрамович Нейфах создал Лабораторию энзимологии, которая в 1963 г. была преобразована в самостоятельную Лабораторию биохимической генетики, впоследствии ставшую ядром Отдела молекулярной генетики. По замыслу Соломона Абрамовича основная задача лаборатории состояла в изучении молекулярных механизмов возникновения и развития наследственных болезней, а также в разработке и применении методов генной инженерии в изучении, диагностике и терапии таких заболеваний. Соломон Абрамович был одним из первых биохимиков, успешно объединивших биохимию и генетику для решения актуальных проблем медицины. В стенах ИЭМ он основал школу молекулярных биологов и молекулярных генетиков.

С.А. Нейфах возглавлял Лабораторию с момента её основания до 1988 г., когда передал дело всей своей жизни в достойные руки — своему ответственному и перспективному ученику — Владимиру Соломоновичу Гайцхоки. К тому моменту Лаборатория уже входила во вновь сформированный Отдел молекулярной генетики. В 1997 г. заведующим Лабораторией стал д.м.н. Вадим Борисович Васильев, а затем в 2002 г. — д.б.н. Михаил Юрьевич Мандельштам. С 2015 г. Лабораторией руководит доктор биологических наук Алексей Викторович Соколов.

С момента основания Лаборатории здесь проводится широкий спектр научных исследований медико-биологического профиля, исследуются биохимические основы патогенеза наследственных заболеваний человека и внедряются передовые методы изучения нуклеиновых кислот и белковых молекул. Сотрудниками Лаборатории получены значимые результаты, имеющие как фундаментальное, так и прикладное значение.

Многолетний труд Мандельштама Михаила Юрьевича, Голубкова Валерия Ивановича, Руновой Ольги Леонидовны и других сотрудников Лаборатории позволил клонировать участок лиганд-связывающего домена гена рецептора липопротеинов низкой плотности (LDLR), идентифицировать специфичные для российской популяции мутации генов LDLR, альфа-1-антирипсина и локуса кистозного фиброза (муковисцидоза). Под руководством М.Ю. Мандельштама были выявлены мутации в генах, ответственных за развитие семейной гиперхолестеринемии (СГ), семейных форм рака молочной железы (РМЖ) и яичника (РЯ), а также первичной открытоугольной глаукомы (ПОУГ).

Полученные в Лаборатории результаты указывают на высокую генетическую гетерогенность СГ в России и на наличие большого числа редких мутаций в гене LDLR. Благодаря исследованиям сотрудников Лаборатории в настоящее время количество найденных в Санкт-Петербурге мутаций гена LDLR превышает их число во всех остальных регионах России вместе взятых. Так, у пациентов с СГ в гене LDLR, охарактеризованы более 40 различных мутаций и 12 полиморфизмов. Тридцать одна из найденных мутаций, по-видимому, является причиной СГ, и лишь четыре варианта рассматриваются как нейтральные для развития этого заболевания. Суммарно мутации гена LDLR, ассоциированные с развитием СГ, выявлены в 41 из 74 (55%) исследованных семей с СГ. Из числа обнаруженных мутаций 18 впервые описаны в Санкт-Петербурге, а 17 из них специфичны исключительно для России. У жителей России выявлено большое разнообразие мутаций в гене LDLR, из которых больше трети (39,4%) специфичны для страны и больше нигде в мире до настоящего времени не найдены. При этом лишь немногие варианты гена рецептора LDLR встречаются в нескольких семьях, в основном же в России преобладают уникальные мутации.

Важным результатом исследований стал экспериментально установленный факт отсутствия (или низкой встречаемости) в Санкт-Петербурге мутации R3500Q в гене аполипопротеина В (APOB), вызывающей заболевание FDB (familial defective apolipoprotein B-100), клинически не отличимое от СГ. Эти данные имеют большое практическое значение, поскольку при ДНК-диагностике гиперхолестеринемий у пациентов Северо-Западного региона России позволяют сосредоточить внимание на гене LDLR, а не на APOB.

При изучении семейных форм рака молочной железы в Лаборатории впервые было показано, что мутация 5282insC в гене BRCA1 является мажорной на Северо-Западе России и может быть ответственной за развитие приблизительно 10% семейных случаев РМЖ и вплоть до 40% случаев семейных форм рака яичника. Суммарно в гене BRCA1 в Санкт-Петербурге сотрудниками Лаборатории охарактеризовано 12 мутаций, в том числе 3 новые, ранее в мире неизвестные. Эти исследования проводились при сотрудничестве с НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова МЗ РФ. Мутации гена BRCA1, ассоциированные с риском развития РМЖ, выявлены у 30% пациентов из Санкт-Петербурга, что не уступает результатам ДНК-диагностики в других странах Европы и Азии. Важным для практики выводом стало заключение об общности мажорных мутаций в гене BRCA1 в России и славянских странах Восточной Европы, что позволяет целенаправленно осуществлять ДНК-диагностику заболевания. На основании полученных данных были созданы диагностические наборы («Медиген», Новосибирск) для идентификации частых мутаций гена BRCA1 в России. Кроме того, полученные результаты способствовали разработке тестов на мутации гена BRCA1 в ряде лабораторий не только в России, но и в Белоруссии.

Впервые в России у пациентов с семейными формами глаукомы именно в Лаборатории биохимической генетики Отдела молекулярной генетики при активном сотрудничестве с Кафедрой глазных болезней СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова были начаты молекулярно-генетические исследования генов миоцилина (MYOC/TIGR), оптиневрина (OPTN) и WDR36. Так, у пациентов с ПОУГ была идентифицирована мутация Q368X в гене MYOC/TIGR и показано отсутствие других мутаций этого локуса, которые могли бы обусловливать семейные формы ПОУГ. У жителей Санкт-Петербурга в генах OPTN и WDR36 не были обнаружены известные в мире мутации, предположительно вовлеченные в патогенез ПОУГ, но при этом в гене OPTN выявлен полиморфизм М98К (c. 603 T>A), который может рассматриваться как фактор риска ПОУГ. В дальнейшем проведенные исследования по генетике врожденных и ювенильных форм глаукомы также позволили выявить важные генетические особенности петербургской популяции, что имеет большое значение для медико-генетического консультирования в офтальмологии.

Сотрудничество

Лаборатория поддерживает сотрудничество со следующими учреждениями: Государственный НИИ ОБП ФМБА, НИЦ «Курчатовский институт», ФНКЦ «Физико-химической медицины» ФМБА, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова, Институт физико-химической биологии МГУ, Центр клинической и экспериментальной медицины (г. Новосибирск), Белорусский государственный университет (кафедра биофизики и кафедра биохимии) (г. Минск, Республика Беларусь), СПбПУ им. Петра Великого; СПбГУ; Научно-практический центр животноводства НАН Беларуси (Жодино, Республика Беларусь).

Основные направления исследований

Традиционное направление исследований Лаборатории биохимической генетики — разработка подходов к ДНК-диагностике часто встречающихся наследственных заболеваний с манифестацией у пациентов среднего возраста (30–40 лет).

С 2015 г. тематика исследований Лаборатории была дополнена следующими направлениями:

  • характеристика биохимических механизмов развития наследственных заболеваний, в том числе с использованием клеточных культур и трансгенных животных;
  • получение природных и рекомбинантных белков, в том числе антигенов; изучение их взаимодействий, в том числе с пептидными и низкомолекулярными лигандами;
  • получение моноклональных антител, определение их первичной структуры, клонирование и анализ специфичности антител;
  • разработка новых методов биохимической и иммунохимической диагностики наследственных заболеваний.

Основные научные результаты за последние 5 лет

  • У жителей России проведен мета-анализ полиморфизмов и мутаций в гене рецептора ЛПНП как потенциальных факторов риска развития семейной гиперхолестеринемии, сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний.
  • Cоставлены базы данных, описывающие мутации и полиморфизмы в гене рецептора ЛПНП. Выявлено, что большинство обнаруженных в России мутаций специфичны для каждого из изученных городов (Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Петрозаводск, Иваново, Томск, Оренбург, Омск, Тюмень, Вологда, Кемерово, Владивосток, Красноярск) и существенно меньшее число мутаций являются общими с другими регионами. Наибольшее количество патогенных или вероятно патогенных вариантов гена LDLR в России найдено только в Москве (101 мутация), 35 — вариантов найдены только в Санкт-Петербурге, 23 — только в Новосибирске, 11 — только в Петрозаводске, 33 — в других регионах или нескольких регионах одновременно.
  • Исследовано распределение белков BASP1 и GAP-43 в опухолевых клеточных линиях (HeLa, HEK293T, MOVCAR7). Обнаружено, что во всех исследованных клетках BASP1 имеет цитоплазматическую локализацию, а белок GAP-43 — ядерную локализацию, при этом он фосфорилирован по остатку Ser41. Предполагается, что механизм образования ядерных и цитоплазматических форм белков BASP1 и GAP-43 может быть сходным для ранних эмбрионов и исследованных клеточных линий.
  • Регистрация кинетики хлорирующей активности миелопероксидазы (МПО) позволила доказать неконкурентный механизм ингибирования ее активности под действием модифицированных сывороточного альбумина и ЛПНП.
  • Впервые показано увеличение аффинности альбумина к миелопероксидазе после его модификации HOCl.
  • С целью анализа в биологических жидкостях концентрации белков и их комплексов получены антитела: пары моноклональных антител для твердофазного иммуноферментного анализа церулоплазмина, лактоферрина, миелопероксидазы, сывороточного амилоида Р.

Методические возможности Лаборатории биохимической генетики

  1. Генная инженерия, анализ структуры генов (сотрудники: Грудинина Н.А., Захарова Ф.М., Горбунов Н.П., Поляков Д.С., Мандельштам М.Ю., Богословская Т.Ю.)
  2. Получение моноклональных антител и их клонирование (сотрудники: Горбунов Н.П., Костевич В.А.)
  3. Очистка антигенов, рекомбинантных и природных белков, определение аффинности антител (сотрудники: Соколов А.В., Горбунов Н.П., Грудинина Н.А., Егоров В.В., Рунова О.Л.)
  4. Культивирование клеток, организация криобанка (сотрудники: Горбунов Н.П., Грудинина Н.А., Богословская Т.Ю., Поляков Д.С., Соколов А.В.)
  5. Техника микроинъекций и получение трансгенных животных (сотрудники: Захарова Ф.М., Кустова М.Е.)
  6. Конфокальная микроскопия (сотрудники: Грудинина Н.А., Захарова Ф.М.)
  7. Разработка новых методов биохимической диагностики (сотрудники: Соколов А.В., Костевич В.А., Горбунов Н.П., Егоров В.В.)
    Сотрудники лаборатории:
    Мандельштам Михаил Юрьевич —  ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук

    Сфера научных интересов: мутации и полиморфизмы генов, гиперхолестеринемия, популяционная генетика
    Грудинина Наталья Андреевна — старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

    Сфера научных интересов: аномальный фибриллогенез, молекулярные механизмы экспрессии чужеродной ДНК, генная терапия, микроскопия
    Поляков Дмитрий Степанович — старший научный сотрудник, кандидат медицинских наук

    Сфера научных интересов: амилоидозы, генная терапия, наночастицы, иммунный ответ
    Горбунов Николай Петрович — научный сотрудник

    Сфера научных интересов: структура и функции белков, иммунология, канцерогенез, генная терапия
    Дергачева Наталья Игоревна — научный сотрудник

    Сфера научных интересов: цитогенетические, эпигенетические и эпигеномные изменения в клетках млекопитающих в норме и после воздействия различных веществ и витального стресса
    Егоров Владимир Валерьевич — научный сотрудник, доктор биологических наук

    Сфера научных интересов: биоинформатка, структура и функции белков, кристаллография, масс-спектрометрия
    Захарова Фаина Михайловна — научный сотрудник, кандидат биологических наук

    Сфера научных интересов: мутации и полиморфизмы генов, гиперхолестеринемия, ранний эмбриогенез млекопитающих, активация ооцитов млекопитающих
    Чурашова Ирина Александровна — научный сотрудник

    Сфера научных интересов: молекулярные механизмы заболеваний сердца и сосудов, молекулярная диагностика ишемической болезни и инфаркта миокарда, гиперлипидемии
    Рунова Ольга Леонидовна  — научный сотрудник, кандидат биологических наук

    Сфера научных интересов: мутации и полиморфизмы генов, взаимодействие белков, математический анализ

     
    Богословская Татьяна Юрьевна — научный сотрудник, кандидат биологических наук

    Сфера научных интересов: мутации и полиморфизмы генов, гиперхолестеринемия

     

    Наиболее значимые публикации Лаборатории биохимической генетики

    • Васильев В.Б., Захарова Ф.М., Богословская Т.Ю., Мандельштам М.Ю. Анализ спектра мутаций гена рецептора низкой плотности (LDLR) при семейной гиперхолестеринемии в России  // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022. 26(3):319-326. DOI: 10.18699/VJGB-22-38.
    • Корнева В.А., Захарова Ф.М., Мандельштам М.Ю., Богословская Т.Ю., Орлов А.В., Васильев В.Б., Кузнецова Т.Ю. Анализ клинико-биохимических характеристик пациентов с генетически подтвержденной семейной гиперхолестеринемией из числа жителей Северо-Западного округа Российской Федерации // Кардиология. 2022. 62(11):33-39. DOI: 10.18087/cardio.2022.11.n2232.
    • Соколов А.В., Васильев В.Б., Самыгина В.Р. Рентгеноструктурное исследование моноклинной кристаллической модификации церулоплазмина человека // Кристаллография. 2022. 67(6):924-929. DOI: 10.31857/S0023476122060236.
    • Gorudko I.V., Grigorieva D.V., Shamova E.V., Gorbunov N.P., Kokhan A.U., Kostevich V.A., Vasilyev V.B., Panasenko O.M., Khinevich N.V., Bandarenka H.V., Burko A.A., Sokolov A.V. Structure-biological activity relationships of myeloperoxidase to effect on platelet activation // Archives of Biochemistry and Biophysics. 2022. 728:109353. DOI: 10.1016/j.abb.2022.109353.
    • Panasenko O.M., Ivanov V.A., Mikhalchik E.V., Gorudko I.V., Grigorieva D.V., Basyreva L.Y., Shmeleva E.V., Gusev S.A., Kostevich V.A., Gorbunov N.P., Sokolov A.V. Methylglyoxal-Modified Human Serum Albumin Binds to Leukocyte Myeloperoxidase and Inhibits its Enzymatic Activity // Antioxidants. 2022. 11:2263. DOI: 10.3390/antiox11112263.
    • Sokolov A.V., Chernyak B.V., Zinovkin R.A., Hwang T.L., Sud’ina G.F. Editorial: Pharmacological approaches targeting neutrophilic inflammation: Volume II // Front Pharmacol. 2022. 13:1084026. DOI: 10.3389/fphar.2022.1084026.
    • Sokolov A.V., Dubrovskaya N.M., Kostevich V.A., Vasilev D.S., Voynova I.V., Zakharova E.T., Runova O.L., Semak I.V., Budevich A.I., Nalivaeva N.N., Vasilyev V.B.  Lactoferrin Induces Erythropoietin Synthesis and Rescues Cognitive Functions in the Offspring of Rats Subjected to Prenatal Hypoxia // Nutrients. 2022. 14(7):1399. DOI: 10.3390/nu14071399.
    • Sokolov A.V., Vasilyev V.B., Samygina V.R. X-ray Analysis of the Monoclinic Crystal For of Human Ceruloplasmin // Crystallography Reports. 2022. 67(6): 886-891. https://doi.org/10.1134/S1063774522060232.
    • Zabrodskaya Y.A., Egorov V.V., Sokolov A.V., Shvetsov A.V., Gorshkova Y.E., Ivankov O.I., Kostevich V.A., Gorbunov N.P., Ramsay E.S., Fedorova N.D., Bondarenko A.B., Vasilyev V.B. Caught red handed: modeling and confirmation of the myeloperoxidase ceruloplasmin alpha‑thrombin complex // BioMetals. 2022. 35:1157-1168. DOI: 10.1007/s10534-022-00432-2.
    • Забродская Я.А., Швецов А.В., Гармай Ю.П., Лебедев Д.В., Даттани Р., Егоров В.В. Супрамолекулярные комплексы тетрапептидов, способные индуцировать конформационные переходы бета-домена альфа-лактальбумина человека // Кристаллография. 2021. 66(5): 815-820. DOI: 10.31857/S002347612105026X.
    • Mammedova J.T., Sokolov A.V., Freidlin I.S., Starikova E.A. The Mechanisms of L-Arginine Metabolism Disorder in Endothelial Cells // Biochemistry (Moscow). 2021. 86(2):146-155. DOI: 10.1134/S0006297921020036.
    • Sokolov A.V., Miliukhina I.V., Belsky Y.P., Belska N.V., Vasilyev V.B. Potential role of lactoferrin in early diagnostics and treatment of Parkinson disease //Medical Academic Journal. 2020. 20(1):37-44. DOI: 10.17816/MAJ33848.
    • Voynova I.V., Kostevich V.A., Elizarova A.Yu., Karpenko M.N., Sokolov A.V. The specific activity of proteins involved in iron metabolism depends on compensation of type 2 diabetes mellitus // Medical Academic Journal. 2019. 19(2):37-42. DOI: 10.17816/MAJ19237-42.
    • Lebedev D.V., Zabrodskaya Y.A., Shaldzhyan A.A., Pantina R.A., Shtam T.A., Volnitskiy A.V., Schmidt A.E., Shvetsov A.V., Isaev-Ivanov V.V., Egorov V.V., Ramsay E., Pipich V., Wu B., Kuklin A.I., Sokolov A.V., Elizarova A.Y., Grudinina N.A., Vasilyev V.B. Effect of alpha-lactalbumin and lactoferrin oleic acid complexes on chromatin structural organization // Biochemical and Biophysical Research Communications. 2019. 520(1):136-139. DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.09.116.
    • Горбунов Н.П., Костевич В.А., Соколов А.В. Получение моноклональных антител с целью иммуноаффинной очистки миелопероксидазы и создания прототипа гемосорбента // Российский иммунологический журнал. 2019. 13(2-1)(22):215-217. DOI: 10.31857/S102872210006464-5.
    • Поляков Д.С., Грудинина Н.А., Богословская Т.Ю., Соколов А.В., Мандельштам М.Ю., Васильев В.Б. Получение в клетках HEK293 химерного белка, состоящего из рецептора LDL и EGFP; перспективная система для оценки эффектов мутаций в гене LDLR // Цитология. 2017. 59(12):881-887.

Сотрудники лаборатории